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Organisationseinheit der BAM
Gated detection with intensified detectors, e.g., ICCDs, is today the accepted approach for detection of plasma emission in laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). However, these systems are more cost-intensive and less robust than nonintensified CCDs. The objective of this paper is to compare, both theoretically and experimentally, the performance of an intensified (ICCD) and nonintensified (CCD) detectors for detection of plasma emission in LIBS. The CCD is used in combination with a mechanical chopper, which blocks the early continuum radiation from the plasma. The detectors are attached sequentially to an echelle spectrometer under the same experimental conditions. The laser plasma is induced on a series of steel samples under atmospheric conditions. Our results indicate that there is no substantial difference in the performance of the CCD and ICCD. Signal-to-noise ratios and limits of detection achieved with the CCD for Si, Ni, Cr, Mo, Cu, and V in steel are comparable or even better than those obtained with the ICCD. This result is further confirmed by simulation of the plasma emission signal and the corresponding response of the detectors in the limit of quantum (photon) noise.
Raman and laser-induced breakdown spectroscopy is integrated into a single system for molecular and elemental microanalyses. Both analyses are performed on the same ~ 0.002 mm² sample spot allowing the assessment of sample heterogeneity on a micrometric scale through mapping and scanning. The core of the spectrometer system is a novel high resolution dual arm Echelle spectrograph utilized for both techniques. In contrast to scanning Raman spectroscopy systems, the Echelle-Raman spectrograph provides a high resolution spectrum in a broad spectral range of 200-6000 cm- 1 without moving the dispersive element. The system displays comparable or better sensitivity and spectral resolution in comparison to a state-of-the-art scanning Raman microscope and allows short analysis times for both Raman and laser induced breakdown spectroscopy. The laser-induced breakdown spectroscopy performance of the system is characterized by ppm detection limits, high spectral resolving power (15,000), and broad spectral range (290-945 nm). The capability of the system is demonstrated with the mapping of heterogeneous mineral samples and layer by layer analysis of pigments revealing the advantages of combining the techniques in a single unified set-up.
Aufgrund der natürlichen und vom Menschen verursachten Heterogenität von Böden erfordert der Erhalt und die Verbesserung ihrer Fruchtbarkeit durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen sorgfältig geplante Ent-scheidungen, die auf einer detaillierten Erfassung der Bodeneigenschaften und einem vertieften Verständnis der Bodenprozesse beruhen. Es ist bekannt, dass die konventionelle, flächen-einheitliche Bewirtschaftung Ertragsver-luste durch zu geringe Bewirtschaftungsintensität (z. B. Düngung) auf einen Teil der Fläche verursacht, während andere Teile des Feldes zu hohe Dosen erhalten und es dadurch zu Verschwendung von Ressourcen und zu Um-weltbelastungen kommt. Trotz der Verfügbarkeit von Technologien für ortsspezifische Düngung ist die Akzeptanz ortsspezifischer Bewirtschaftung (Precision Agriculture) in der Praxis noch gering. Ein wesentlicher Grund dafür ist das Fehlen von kostengünstigen Methoden zur Erfassung der bewirtschaftungsrelevanten Bodenmerkmale. So-wohl für die elementanalytische Untersuchung von Böden als auch für die Untersuchung von Ausgangsmaterialien (z.B. Klärschlammaschen) für ihre Verwendung als Dünger ist eine zuverlässige Analytik und Prozessüberwachung erforderlich.
Es wurde ein Online-Analysenverfahren zur Bestimmung von Elementgehalten in Klär-schlammaschen und deren Produkten aus einem thermochemischen Verfahren entwickelt. Durch das thermochemische Verfahren können Wertstoffe aus den Aschen wieder für die Kreislaufwirtschaft nutzbar gemacht und Schadstoffe sicher entfernt werden. Das Analysensystem ist eine Methodenkombination von Online-Laser induzierter Plasma Spektroskopie (LIBS) und Online-Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA). Robustheit und modulare Bauweise des Verfahrens sind wichtige Anforderungen um auch für andere Anwendungen nutzbar zu sein.
Die Reduktion von Metalloxiden zum Metall in einer schmelzflüssigen mineralischen Matrix stellt die Grundlage vieler metallurgischer Verfahren dar.
Eine Prozessoptimierung und -kontrolle setzt allerdings die genaue Kenntnis der chemischen Zusammensetzung der Schmelze voraus.
Im Beitrag wird LIBS als Methode zur Online-Analyse von Hochtemperaturschmelzen vorgestellt.
The chemical composition of a weld metal determines the resulting solidification mode of stainless steel and the consequent weld metal quality. In this work tungsten inert gas (TIG) welding of EN grade 1.4435 austenitic stainless steel was monitored using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) for the in situ measurement of chemical composition changes. This research aims to prototype a real-time chemical composition analysis system for welding applications and prove the feasibility of such quality control loop. LIBS was used to investigate in situ the monitoring of metal vaporization during TIG welding. We found Mn vapor formation above the weld pool and subsequent condensation of Mn on the weld metal surface using LIBS. Post-weld line scans were conducted by LIBS on various welds produced with different welding currents. Local changes of Ni and Mn were observed at higher welding currents. The results are in good agreement with the literature and proved that LIBS can be used in situ to inspect the TIG welding process.